Проблемы с нефте- и газопроводами

Механическое поведение подземных трубопроводов, подверженных неисправностям

Длина заглубленных трубопроводов в технике обычно составляет тысячи метров и более, и провести полномасштабные испытания в лаборатории затруднительно. Поэтому, учитывая серьезность повреждения трубопровода, сложность эксплуатационных испытаний и другие ограничения испытаний, необходимо разработать разумный метод упрощения длины модели для практических лабораторных испытаний. В этом исследовании была создана эквивалентная модель пружины для имитации участка трубопровода с небольшой деформацией вдали от разлома и влияния смещений разлома, диаметров трубопровода, толщины стенок, глубины залегания, грунтовых материалов и пружинных ограничений на механические свойства. трубопроводов. На основе конечно-элементной модели с использованием программного обеспечения ABAQUS сравнивались результаты оболочечной модели с фиксированной границей на обоих концах; кроме того, исследовано динамическое воздействие трубопроводов. Результаты показывают, что пружинное устройство с двумя концами может лучше контролировать размер тестовой модели и повысить надежность результатов испытаний. Вибрационная реакция трубопровода в основном зависит от непоследовательного движения грунта на обоих концах разлома. Результаты анализа показывают, что выбор большего диаметра трубопровода, меньшей глубины залегания, несвязного грунта обратной засыпки и пружины с меньшим коэффициентом упругости способствует снижению деформации трубопровода и сопротивлению деформации трубопровода. Получена упрощенная формула осевой деформации сжатия подземных трубопроводов поперек кососдвигового разлома.

1. Введение

Землетрясение в Сан-Фернандо в 1971 г. породило проект «Линия жизни» [1, 2], после чего было проведено много исследований для дальнейшего понимания механизма действия движения трубопровода при разломе. Были проведены некоторые экспериментальные исследования, в основном включающие маломасштабные испытания на встряхивающих столах или центрифужном устройстве и полномасштабные испытания. Эрами и др. В работе [3] проведены натурные испытания по изучению уравнения взаимодействия трубы с грунтом. Экспериментальные результаты сравнивались с результатами компьютерного анализа. Результаты показывают, что характер грунта и узлы соединения имеют большое влияние на взаимодействие трубы с грунтом. Фенг и соавт. [4] провели статические и динамические сейсмические испытания подземных трубопроводов поперек разломов. Результаты показали, что не было существенной разницы между реакциями трубопроводов на перемещение при динамическом испытании и при статическом испытании. Демирчи и др. [5] провели серию экспериментов по анализу поведения непрерывных подземных трубопроводов, подвергающихся взбросовым движениям, и разработали новое экспериментальное устройство для изучения трубопроводов, пересекающих взбросы. Zhang et al. [6] провели натурные испытания для изучения влияния осадки грунта на трубопровод. Zhang et al. [7, 8] провели испытания заглубленных трубопроводов при сдвиговом разломе на вибростенде и установили, что динамическое воздействие самой системы трубопровод-грунт мало влияет на механические свойства трубопроводов. Zhang et al. В работе [9] изучался силовой процесс подземных трубопроводов под разломом путем испытаний и численного моделирования. Танг и др. [10] провели испытание на центрифуге для имитации характеристик реакции подземных трубопроводов при взбросе. Ли и др. В работе [11] для анализа правил полевого сейсмического реагирования при согласованных и непостоянных сейсмических воздействиях использовалось устройство вибростенда. Оскуэй и др. [12] провели несколько серий испытаний для оценки влияния глубины залегания на заглубленные стальные трубопроводы, пересекающие сдвиговые разломы, и проанализировали влияние различных форм деформации грунта на заглубленный трубопровод. Полномасштабное испытание и мелкомасштабное испытание на основе устройства качающегося стола были проведены, соответственно, в Корнельском университете и Политехническом институте Ренсселера для моделирования движения разлома и получения механических свойств подземных трубопроводов. Вышеупомянутые исследования проводились с 2005 по 2009 г., и был получен ряд важных результатов [13–17]. Ким и др. [18] использовали полномасштабное испытательное устройство Корнельского университета для изучения характеристик отклика подземных бетонных трубопроводов, подвергшихся разломам, и обнаружили, что основной отказ трубопроводов происходит в месте соединения рядом с разломом. Рожани и др. [19, 20] использовали самодельную центрифужную испытательную установку, соединенную пружинами на конце трубопровода, для проведения имитационных испытаний трубопроводов из нержавеющей стали при действии нормальных и обратных нарушений и обнаружили, что результаты испытаний хорошо согласуются с аналитические значения. Сим и др. В работе [21] проведены экспериментальные исследования трубопроводов при сдвиговых и сбросовых нарушениях на основе устройства качающегося стола. Рофуи и др.

Читайте также:
Передача электроэнергии

Соответствующая исследовательская литература [24] показала, что статические испытания могут быть использованы для изучения механических характеристик трубопроводов, подверженных повреждениям при низкой частоте колебаний грунта. Более того, в большинстве экспериментов оба конца трубопровода обычно считаются фиксированными концами, и было проведено несколько экспериментов для изучения ограничений между трубой и грунтом вдали от разлома. В связи с этим была создана эквивалентная пружинная модель для моделирования участка трубопровода с малой деформацией вдали от разлома и исследовано 27 трубопроводов, пересекающих разные разломы. Кроме того, было проанализировано влияние диаметра трубопровода, глубины залегания, материала грунта и пружины с различными коэффициентами упругости на механические свойства трубопровода.

2. Экспериментальное исследование
2.1. Образцы для испытаний и контейнер с почвой

Двадцать семь подземных трубопроводов из горячекатаной стали Q235 были спроектированы, изготовлены и испытаны для исследования влияния различных параметров на их механическое поведение в условиях повреждений. Геометрические параметры каждого образца приведены в табл. 1. Все образцы имели одинаковую длину 3.0 м, оба конца каждого трубопровода были приварены гайкой, которая соединялась с пружинным устройством и закреплялась на грунтовочном коробе, как показано на рисунке 1.

Проблемы с нефте- и газопроводами

Доктор Фредерик Бодри — адъюнкт-профессор наук об окружающей среде в Университете Альфреда в Нью-Йорке.

  • Поделиться
  • Twitter
  • Pinterest
  • Эл. адрес

OilSpill_BillPugliano_GettyImageNews.jpg

Разлив сырой нефти в 2010 году на реке Каламазу в штате Мичиган стал одним из самых дорогостоящих в истории. Билл Пуглиано / Getty Image News

  • Ископаемое топливо
  • Возобновляемая энергия

Трубопроводы обеспечивают транспортировку опасных продуктов над или под землей по значительно более низкой цене, чем альтернативные средства автомобильного или железнодорожного транспорта. Однако можно ли считать трубопроводы безопасным способом транспортировки этих продуктов, включая нефть и природный газ? Учитывая нынешнее внимание к крупным проектам трубопроводов, таким как Keystone XL или Northern Gateway, своевременным является обзор безопасности нефтегазовых трубопроводов.

Соединенные Штаты пересекают трубопроводы протяженностью 2.5 миллиона миль, которыми управляют сотни отдельных операторов. Управление по безопасности трубопроводов и опасных материалов (PHMSA) является федеральным агентством, ответственным за соблюдение правил, касающихся транспортировки опасных материалов по трубопроводу. Согласно общедоступным данным, собранным PHMSA, в период с 1986 по 2013 год произошло почти 8,000 происшествий на трубопроводе (в среднем около 300 в год), в результате которых сотни человек погибли, 2,300 получили травмы и был нанесен ущерб в размере 7 миллиардов долларов. Эти инциденты составляют в среднем 76,000 XNUMX баррелей опасных продуктов в год. Большинство разлитых материалов состояло из нефти, сжиженного природного газа (например, пропана и бутана) и бензина. Разливы могут причинить значительный ущерб окружающей среде и представлять опасность для здоровья.

Читайте также:
Где продается Фармайод?

Что вызывает инциденты на трубопроводе?

Наиболее частые причины аварий на трубопроводе (35%) связаны с выходом из строя оборудования. Например, трубопроводы подвержены внешней и внутренней коррозии, поломке клапанов, выходу из строя прокладок или плохому сварному шву. Еще 24% происшествий на трубопроводе происходят из-за разрыва, вызванного земляными работами, когда тяжелая техника случайно ударяется о трубопровод. В целом, аварии на трубопроводах наиболее распространены в Техасе, Калифорнии, Оклахоме и Луизиане, во всех штатах со значительной нефтегазовой промышленностью.

Эффективны ли проверки и штрафы?

В недавнем исследовании изучались операторы трубопроводов, которые подвергались проверкам на уровне штата и на федеральном уровне, и была предпринята попытка определить, повлияли ли эти проверки или последующие штрафы на безопасность трубопровода в будущем. В 344 году были изучены результаты работы 2010 операторов. Семнадцать процентов операторов трубопроводов сообщили о разливах, в среднем разлилось 2,910 122,220 баррелей (XNUMX XNUMX галлонов). Оказывается, федеральные инспекции или штрафы не улучшают экологические показатели, нарушения и разливы так же вероятны впоследствии.

Некоторые известные инциденты с трубопроводом

  • 5 февраля 2000 г. Авария изношенного трубопровода стала причиной разлива сырой нефти объемом 192,000 XNUMX галлонов в Национальном заповеднике дикой природы имени Джона Хайнца (Пенсильвания).
  • 19 августа 2000 г. Газопровод, принадлежащий компании El Paso Natural Gas, взорвался недалеко от Карлсбада, штат Нью-Мексико, из-за коррозии. Двенадцать человек погибли, разбив лагерь в 600 футах от взрыва.
  • 4 октября 2001 г. Знаменитый Аляскинский трубопровод, построенный над землей, был обстрелян пьяным человеком, что привело к разливу сырой нефти объемом 285,000 XNUMX галлонов.
  • 9 ноября 2004 г. Из-за ошибочного обследования перед строительством операторы тяжелой техники были дезинформированы о местонахождении газопровода в Уолнат-Крик, Калифорния. Пятеро рабочих погибли в результате удара экскаватора о трубопровод.
  • 26 июля 2010 г. За 17 часов из 30-дюймового нефтепровода, принадлежащего Enbridge Energy, в приток реки Каламазу в Мичигане вытекло более миллиона галлонов сырой нефти. В число названных причин входят трещины и коррозия. Сырая нефть добывалась из битуминозных песков Альберты. Затраты на очистку превысили 1 миллиард долларов.
  • 9 сентября 2010 г. В Сан-Бруно, штат Калифорния, взорвался газопровод PG&E, в результате чего сровняли с землей 38 домов. Погибло 8 человек, многие получили ранения.
  • 9 февраля 2011 г. На протяжении десятилетий проблемы с коррозией и проблемы проектирования досаждали газопроводной сети в Аллентауне, штат Пенсильвания. С 1976 года произошло несколько взрывов, кульминацией которых стал взрыв 2011 года, в результате которого погибли 5 человек и было разрушено 8 домов.
  • 29 марта 2013 г. Разрыв трубопровода привел к впечатляющему разливу сырой нефти в пригороде Мэйфлауэр, штат Арканзас. Вытекло более 5000 баррелей битума из битуминозных песков.
Читайте также:
Применение полиэтиленовой трубы | Блог ЛЕССО

Источники

Стаффорд, С. 2013. Улучшит ли дополнительное федеральное правоприменение работу трубопроводов в Соединенных Штатах? Колледж Уильяма и Мэри, экономический факультет, рабочий документ № 144.

Стовер, Р. 2014. Опасные трубопроводы Америки. Центр биологического разнообразия.

Американский опыт

Методы строительства и защита трубопровода от землетрясения

Аляска — огромный штат с невероятным разнообразием рельефа и погоды. Когда первоначальные инженеры приступили к проектированию трубопровода, федеральные геологи и защитники окружающей среды отметили, что уникальные препятствия, включая вечную мерзлоту и землетрясения, бросят вызов идее о том, что трубопровод можно построить под землей обычным способом.

Нефтяная труба на Аляске. СС ГНУ.

«У нас была группа под названием Mile by Mile Design. Есть много конвейеров, где они делают это типично. Они говорят: хорошо, его закопают на шесть футов в глубину, и ты собираешься пересечь Канзас, и это все, что тебе нужно сделать. Эта штука [трубопровод] изобреталась на ходу». — Билл Ховитт, инженер Alyeska.

Сказка о бетонной подкове
Первая проблема возникла в первый же день прокладки трубы на реке Тонсина. Пустая труба плавает, поэтому ее пришлось утяжелить подковой весом 7,000 фунтов. Если это не сделано правильно, труба всплывает на поверхность.

Билл Ховитт: «Первая труба вошла, и вокруг были высокопоставленные лица, все хлопали и как бы уходили, и они почти исчезли, когда бетонный вес соскользнул, и она подошла».

Строительство мостов
Тонсина была не единственным водным путем, который пришлось пересечь строителям. Инженеры насчитали 34 реки и 800 ручьев. Ральф Джексон, инженер нефтяной компании SOHIO, сказал: «Мы считали, пока не получили 800, и назвали это так». В некоторых случаях трубу закапывали под толщу воды. Но в большинстве случаев труба была приподнята. Всего было построено четырнадцать крупных мостов. На более крупных реках — реках Юкон, Танана и Тазлина — есть подвесные мосты, в том числе мост через реку Юкон высотой 2,290 футов. Инженеры установили мосты из стальных пластин и балок через множество ручьев. Большая часть строительства мостов велась зимой, чтобы разрушение не беспокоило мигрирующих рыб.

Читайте также:
Отполируйте деревянные лестницы без шлифовки – сделайте так, чтобы ваши лестницы выглядели совершенно новыми | Как это построить

Предохранительные клапаны
Трубопровод был спроектирован с двумя типами предохранительных клапанов. Семьдесят одна запорная арматура была разработана для перекрытия трубы в течение четырех минут. Большинство из них были установлены на равнинной местности и спусках вблизи пересечений ручьев, в экологически уязвимых зонах и городах. Они могут выдерживать такие экстремальные температуры, как минус 70 градусов по Фаренгейту. Кроме того, на восходящих участках линии был установлен XNUMX «обратный» клапан для предотвращения обратного потока масла в случае обрыва выше по течению.

Зигзаги
Труба может выдерживать широкий диапазон температур, от минус 70 градусов по Фаренгейту, когда трубопровод пуст в самые суровые зимние холода, до 145 градусов по Фаренгейту, когда он заполнен нефтью. Чтобы приспособиться к этим двум крайностям, труба может расширяться на 18 дюймов в длину. Когда трубы закапывают под землю, вес почвы не дает трубе расширяться и сжиматься. Но 420 миль трубы — более половины всей линии — проходят над землей. Этой трубе нужно куда-то деваться при изменении температуры. Инженеры построили трубу в зигзагообразной конфигурации, которая преобразует продольное расширение в боковое движение. В районе разлома Денали были добавлены более широкие зигзаги, чтобы предвидеть движение землетрясения. Если бы не зигзаги, длина 800-мильного трубопровода была бы всего 789 миль.

Окончательный тест
Более тридцати лет назад инженеры спроектировали трубопровод через Аляску таким образом, чтобы он выдержал потенциальное землетрясение силой 8.5 балла по шкале Рихтера. Для сравнения: землетрясение, сровнявшее с землей Сан-Франциско в 1906 году, имело всего 7.7 балла по шкале Рихтера. Инженеры Аляски, возможно, не ожидали, что их конструкция подвергнется окончательному испытанию. Но 3 ноября 2002 года землетрясение силой 7.9 балла потрясло разлом Денали, который находится прямо под трассой трубопровода. Это был один из самых сильных толчков, когда-либо зарегистрированных в Соединенных Штатах, и он потряс лодки даже на юге, вплоть до Луизианы. Сотрясение было настолько сильным, что на земле остался шрам длиной около 200 миль.

Через три линии разлома
Когда планы трубопровода были впервые составлены, было неизбежно, что трубопровод должен будет пересечь разлом Денали. Фактически трубопровод пересекает всего три активных разлома. Было бы невозможно построить прямой трубопровод и обойти столько больших препятствий.

Читайте также:
10 вариантов временного напольного покрытия, которые не испортят ваши полы - RugPadUSA

Работа со сдвиговым движением
Разлом Денали — один из крупнейших сдвиговых разломов в мире, равный по размеру калифорнийскому разлому Сан-Андреас, виновнику землетрясения в Сан-Франциско. Сдвиговые разломы вызывают землетрясения, когда тектонические плиты по обе стороны от разлома движутся горизонтально по отношению к другой. Но разлом Денали был не единственной проблемой, с которой столкнулись инженеры. Трубопровод пришлось прокладывать над землей из-за вечной мерзлоты. Чтобы защитить эстакаду на случай землетрясения, инженеры придумали гениальный план.

Подвижная труба
По мере приближения надземного трубопровода к разлому Денали он отрывается от своих вертикальных опорных элементов, Н-образных свай, удерживающих трубу над землей в зоне вечной мерзлоты. Труба помещается в стальной башмак, который устанавливается поверх низко расположенной бетонной балки. Нижняя часть башмака покрыта скользкой пластиной с тефлоновым покрытием, что позволяет ему скользить по балке. В разломе Денали труба может скользить до 20 футов по горизонтали и до пяти футов по вертикали. В качестве дополнительной меры предосторожности на нескольких насосных станциях инженеры установили систему мониторинга землетрясений, которая регистрирует и анализирует силу сотрясения и потенциальный ущерб, который оно может нанести трубе.

Испытайте
Когда в 2002 году произошло землетрясение, труба сдвинулась на семь с половиной футов по горизонтали и на два с половиной фута по вертикали — вполне в пределах диапазона, задуманного первоначальными инженерами. В результате сотрясения сломались как минимум пять надземных поперечных балок, поддерживающих трубопровод, и два вертикальных опорных элемента, однако сообщений об утечках не поступало. В то время Джим Люшер, инженер по трубопроводу, сказал: «Повреждение трубопровода землетрясением соответствовало ожидаемому».

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: